椰纤维生物炭对砖红壤水稻土Pb形态及水稻产量和品质的影响

为研究椰纤维生物炭(CFB)对铅(Pb)污染水稻土中Pb 形态和生物有效性的影响,以及对水稻(Oryza sativa L.)生长和品质的调控效果,以热带(海南)具有代表性的花岗岩和玄武岩母质发育的砖红壤水稻土为供试土壤,在6 种Pb 污染土壤(Pb 质量分数为0、50、250、500、2 500、5 000 mg·kg^-1)中添加质量分数为3%的CFB,并进行水稻盆栽试验,分析土壤EDTA 有效态Pb 含量和Pb 形态,及糙米Pb 含量、水稻产量和农艺性状的变化。结果表明:随Pb 污染量的增加,两种水稻土中各化学形态和有效态Pb 含量显著增加(P<0.05);CFB 的施用降低了土壤交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb 含量,增加了有机结合态和残渣态含量;降低了供试土壤有效态Pb 含量,且玄武岩母质水稻土较花岗岩母质水稻土效果更显著。Pb 质量分数(250、500 mg·kg^-1)未超过国家农业用地风险管制值(GB15618—2018;≤500 mg·kg^-1)时,花岗岩水稻土、玄武岩水稻土中糙米Pb 含量依次超过食品安全国家标准(0.2 mg·kg^-1);Pb 胁迫未对水稻生长和农艺性状造成明显影响;而质量分数为5 000 mg·kg^-1时,Pb 胁迫抑制水稻生长、降低农艺性状,此时花岗岩和玄武岩中糙米Pb含量分别超过国家食品安全标准14、10 倍。CFB 能够缓解Pb 对水稻产量和品质的影响;Pb 质量分数为500 mg·kg^-1 时,CFB 的施用使玄武岩水稻土中糙米Pb 含量降低38.4%,符合食品安全国家标准。因此,椰纤维生物炭能够促使土壤中Pb向水稻难吸收的有机结合态和残渣态转化,降低有效态Pb 含量,减轻Pb 对水稻生长的毒害及在糙米中的累积。

椰纤维生物炭添加对海南花岗岩砖红壤吸附Pb(Ⅱ)的影响

海南花岗岩砖红壤与300、500和700℃3种不同裂解温度下的椰纤维生物炭(分别记为YA300、YA500和YA700)混合培养30 d,进行批量等温吸附和解吸实验,研究不同裂解温度椰纤维生物炭添加对土壤吸附Pb(Ⅱ)性能的影响和机理,为生物炭对重金属污染土壤修复的研究提供理论依据。采用Langmuir和Freundlich吸附模型分析处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附差异,用吸附和解吸量推算方法研究处理土壤对Pb(Ⅱ)的静电吸附和非静电吸附差异。结果表明:经过30d的培养,椰纤维生物炭的添加显著提高了土壤的p H值和阳离子交换量(CEC值),提升幅度为YA700、YA500、YA300;生物炭的添加也提高了处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力,同时也提高了土壤对Pb(Ⅱ)的非静电吸附,提升幅度也为YA700、YA500、YA300;Langmuir模型可以更好地拟合处理添加YA300、YA500土壤和对照土壤对Pb(Ⅱ)的等温吸附。基础土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为3.53 mg·g-1,添加YA300、YA500和YA700培养后土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别增加为4.49、4.92和6.03 mg·g-1。由于基础土壤的p H值和CEC值较低,椰纤维生物炭添加培养主要提高了处理土壤的p H值、CEC值以及土壤的负表面电荷,增强了土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力和非静电吸附百分比,从而降低Pb(Ⅱ)在土壤中的活性。